WO2011120762A1

WO2011120762A1 - Linearverdichter und verfahren zum betreiben desselben

Info

Publication number: WO2011120762A1
Application number: PCT/EP2011/053372
Authority: WO
Inventors: Hans-Wilhelm Klein; Eberhard Weidner
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2012-10-01
Also published as: DE102010003629A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Linearverdichter umfasst einen in einer Laufbuchse (104) bewegbaren Kolben (102), einen induktiven Sensor (114) zur Erzeugung eines Positionserfassungssignals (Xp), das eine Information über die Position des Kolbens (102) in der Laufbuchse (104) enthält, und eine Sensorsteuerung (200) zur Ansteuerung des Sensors (114). Die Sensorsteuerung (200) ist ausgebildet, zwischen einem Positionserfassungsmodus, in welchem der Sensor (114) das Positionserfassungssignal (Xp) ausgibt, und einem Temperaturerfassungsmodus umzuschalten, in welchem der Sensor (114) ein Temperaturerfassungssignal ausgibt, das eine Information über die Temperatur des Sensors (114) enthält.

Description

Linearverdichter und Verfahren zum Betreiben desselben

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, und insbesondere einen Linearverdichter mit einem induktiven Sensor, der die Bewegung eines Kolbens in einer Laufbuchse erfasst, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Linearverdichters.

Typische Linearverdichter weisen eine Laufbuchse auf, in der ein Kolben hin und her bewegbar ist. Der Kolben begrenzt zu einer Seite hin einen Kolbenraum, in welchen über ein Einlassventil in einer Ventilplatte Gas eingelassen werden kann. Bei einem Kompressionshub des Kolbens wird das in den Kolbenraum eingelassene Gas verdichtet und über ein Auslassventil in der Ventilplatte ausgestoßen. Zur Regelung des Kolbenhubs in der Laufbuchse kann ein induktiver Sensor verwendet werden, der die Position des Kolbens in der Laufbuchse erfasst.

Die Positionserfassung durch den induktiven Sensor kann aufgrund von Temperatur- Schwankungen verfälscht werden, was insbesondere beim Einsatz des Linearverdichters in Kühlgeräten aufgrund der dort auftretenden Temperaturunterschiede problematisch ist. Eine inkorrekte Positionserfassung kann dazu führen, dass der Kolben mit zu großer Schwingamplitude oszilliert, was zu einer mechanischen Beschädigung des Linearverdichters führen kann. Ferner nimmt der Wirkungsgrad ab, wenn der Kolben nicht mit der optimalen Schwingamplitude oszilliert.

Zur Verringerung des Temperatureinflusses auf die Positionserfassung schlägt die WO2008/000100A1 eine Schaltungsanordnung für einen temperaturstabilisierten LC- Schwingkreis vor, bei der der Leitungswiderstand der Spule des Schwingkreises neutrali- siert wird.

Die DE 3410292 A1 schlägt ein Verfahren vor, das zur Temperaturkompensation der digitalen Signalausgabe einer Schaltungsanordnung zur Messung einer Wegstrecke mit einem induktiven Weggeber dient. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Oszillator, des- sen Frequenz sich abhängig von der Stellung des Weggebers ändert und eine Auswerteschaltung, welche die Oszillatorfrequenz in ein digitales Wegsignal umwandelt. Zur Korrektur der temperaturabhängigen Oszillatorfrequenz wird in einem ROM ein Grenzwert für die Wegstrecke abgelegt, der noch innerhalb des von der Wegstrecke bestimmten Frequenzbereiches liegt.

Die DE 3513403A1 offenbart ein Verfahren zur Kompensation des Temperaturverhaltens eines LC-Schwingkreises, wobei die Schwingkreisgüte mit einem Strom durch eine in Ge- genreihenschaltung mit der Schwingkreisspule gekoppelten zweiten Spule konstant gehalten wird.

Die vorgenannten Veröffentlichungen zielen dabei auf die Korrektur eines Temperatureffektes mittels schaltungstechnischer Maßnahmen ab, nicht jedoch auf eine vereinfachte Ermittlung der Temperaturschwankungen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearverdichter bereitzustellen, bei welchem die Erfassung der Sensortemperatur mit wenig Aufwand durchgeführt werden kann.

Ein erfindungsgemäßer Linearverdichter umfasst einen in einer Laufbuchse bewegbaren Kolben, einen induktiven Sensor zur Erzeugung eines Positionserfassungssignals, das eine Information über die Position des Kolbens in der Laufbuchse enthält, und eine Sensorsteuerung zur Ansteuerung des Sensors. Dabei ist die Sensorsteuerung ausgebildet, den Sensor zwischen einem Positionserfassungsmodus, in welchem der Sensor das Posi- tionserfassungssignal ausgibt, und einem Temperaturerfassungsmodus, in welchem der Sensor ein Temperaturerfassungssignal ausgibt, das eine Information über die Temperatur des Sensors enthält, umzuschalten. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Linearverdichters, der einen in einer Laufbuchse bewegbaren Kolben und einen induktiven Sensor aufweist, umfasst: Betreiben des Sensors in einem Positionserfassungsmodus, in welchem der Sensor ein Positionserfassungssignal ausgibt, das eine Information über die Position des Kolbens in der Laufbuchse enthält, und Betreiben des Sensors in einem Temperaturerfassungsmo- dus, in welchem der Sensor ein Temperaturerfassungssignal ausgibt, das eine Information über die Temperatur des Sensors enthält. Somit ist ein Erfassen der Kolbenposition sowie der Sensortemperatur mit nur einer Sensorspule möglich. Dadurch können nicht nur die Anzahl der Bauteile und die Kosten reduziert werden, sondern es ist auch möglich, die Anzahl der Kontakte und der Leitungen zum Anschluss des Linearverdichters an dessen Steuerung zu verringern. Die Sensorsteuerung kann eine erste Sensorversorgung zur Erzeugung einer Wechselspannung mit einer ersten Frequenz, und eine zweite Sensorversorgung zur Erzeugung einer eine Gleichspannung oder einer Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist, aufweisen, wobei die Sensorsteuerung den Sensor im Positionserfassungsmodus mit der Wechselspannung der ersten Frequenz und im Tem- peraturerfassungsmodus mit der Gleichspannung oder der Wechselspannung der zweiten Frequenz speist. Die zweite Frequenz sollte dabei ausreichend niedrig für eine Temperaturmessung sein.

Das Umschalten zwischen dem Positionserfassungsmodus und dem Temperaturerfas- sungsmodus kann ausgeführt werden, indem der Sensor durch einen elektronischen Umschalter wahlweise mit der ersten und der zweiten Sensorversorgung verbunden wird.

Die Sensorsteuerung kann einen Zähler aufweisen, welcher ein Zeitintervall erfasst nachdem der Kolben einen Totpunkt durchlaufen hat, und die Sensorsteuerung in den Positi- onserfassungsmodus oder den Temperaturerfassungsmodus schaltet, wenn das vom Zähler erfasste Zeitintervall ein vorbestimmtes Referenzzeitintervall erreicht hat. Bei geeigneter Einstellung des Referenzzeitintervalls kann somit sichergestellt werden, dass der Sensor im Positionserfassungsmodus betrieben wird, wenn der Kolben sich dem Totpunkt nähert.

Die Sensorsteuerung kann auch unmittelbar nach einer Temperaturmessung vom Temperaturerfassungsmodus in den Positionserfassungsmodus schalten. Somit wird die Zeit, in der sich der Sensor im Temperaturerfassungsmodus befindet minimiert, und eine sichere Regelung des Kolbens kann gewährleistet werden.

Der erfindungsgemäße Linearverdichter bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Linearverdichters kann insbesondere in einem Kältegerät zum Verdichten eines Kältemittels eingesetzt werden. Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.

Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters gemäß einer

Ausführungsform;

Fig. 1 B die Positionserfassung mit Sensoren des Linearverdichters;

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eine induktiven Sensors und dessen Sensorelektronik. Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Kühlgeräts mit einer Sensorsteuerung, die den Ein- fluss von Temperaturänderungen auf das Sensorsignal kompensiert; Fig. 4 ein Blockschaltbild der Anordnung zur Temperaturerfassung;

Fig. 5 die Kolbenbewegung während des Anschwingvorgangs des Linearverdichters

100; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausgestaltung einer Kompensationsschaltung zur Kompensation von Temperatureinflüssen.

Falls nichts anderes angegeben ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente.

Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters 100 gemäß einer Ausführungsform. Der Linearverdichter 100 weist einen Kolben 102 auf, der in einer beispielsweise zylindrischen Laufbuchse 104 hin und her bewegbar ist.

Die Laufbuchse 104 wird von einer Ventilplatte 106 abgeschlossen, mit der die Laufbuchse 104 durch Verschrauben, Verschweißen, Verkleben oder dergl. verbunden ist. Die Ventilplatte 106, die Laufbuchse 104 und der Kolben 102 schließen einen Kolbenraum 108 ein, welcher als Hochdruckbereich dient. In der Ventilplatte 106 sind ein nicht dargestelltes Einlass- und ein Auslassventil vorgesehen. Bei einem Expansionshub des Kolbens 102 wird Gas durch das Einlassventil in den Kolbenraum 108 angesaugt, welches bei einem Kompressionshub des Kolbens 102 komprimiert und durch das Auslassventil ausgestoßen wird. Ein solcher Linearverdichter 100 kann beispielsweise in Kühlgeräten verwendet werden.

Der Kolben 102 kann beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, an dessen der Ventilplatte 106 zugewandten Ende eine Stützscheibe 1 10 vorgesehen und z.B. einge- presst oder verschweißt ist. Alternativ dazu kann der Kolben auch einteilig ausgebildet sein. In der Mitte der Stützscheibe 1 10 ist eine Kolbenstange 1 12 befestigt, welche auf ihrer anderen Seite aus der Laufbuchse 104 herausgeführt ist. Der Kolben 102 wird über die Kolbenstange 1 12 durch einen nicht dargestellten Linearmotor oder dergleichen ange- trieben. Hierzu kann beispielsweise an der Kolbenstange 1 12 ein Magnet vorgesehen sein, auf den eine gehäuseseitig vorgesehene stromdurchflossene Spule wirkt und somit die Kolbenstange 1 12 entlang der Laufbuchse 104 vor bzw. zurück bewegt. Es kann ferner um die Kolbenstange 1 12 eine Feder vorgesehen sein, welche die Oszillation des Kolbens 102 unterstützt. Ein energetisch besonders vorteilhafter Zustand ergibt sich, wenn der Kolben 102 mit der Resonanzfrequenz der Feder in der Laufbuchse 104 oszilliert. Die durchgezogene Linie zeigt den Kolben schematisch in seinem oberen Totpunkt und die gestrichelte Linie zeigt den Kolben schematisch in seinem unteren Totpunkt.

Gegenüber Kolbenverdichtern mit einem rotatorischen Antrieb, z.B. über eine von einem Drehmotor angetriebene Pleuelstange, haben Linearverdichter den Vorteil, dass der Kolbenhub verändert werden kann. Zur Regelung des Kolbenhubs ist der Linearverdichter 100 mit induktiven Sensoren 1 14 versehen, welche die Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104 erfassen, also jeweils ein Signal ausgeben, welches eine Information über die Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104 enthält. So ist in oder an der Ventilplatte 106 ein Sensor 1 14a vorgesehen, welcher die Annäherung des Kolbens 102 an die Ventilplatte 106, entsprechend dem oberen Totpunkt, erfasst. Zur Erfassung des unteren Totpunkts sind ein oder mehrer Sensoren 1 14b und/oder ein oder mehrere Sensoren 1 14c vorgesehen. Die Sensoren 1 14b sind auf einem Sensorhalter 1 16 angeordnet sind, der in den Kolben 102 hineinragt, wohingegen die Sensoren 1 14c in der Laufbuchse 104 eingebettet sein können. Die Sensoren 1 14b und 1 14c können beispielsweise auf ein im Kolben 102 eingebettetes Target bzw. Erfassungsobjekt ansprechen, wie weiter unten erläutert werden wird. Fig. 1 B illustriert schematisch die Positionserfassung mit diesen Sensoren 1 14a und 1 14b bzw. 1 14c. Befindet sich der Kolben 102 nahe dem oberen Totpunkt (OT), dann spricht der Sensor 1 14a in der Ventilplatte 106 an und gibt ein entsprechendes Positionserfas- sungssignal Xp aus, in Fig. 1 B als gestrichelte Linie angedeutet. Ab einer bestimmten Entfernung vom oberen Totpunkt (OT) liefert der Sensor 1 14a kein für die Positionserfas- sung verwertbares Signal mehr; das Positionserfassungssignal bleibt also flach. Nähert sich der Kolben 102 dem unteren Totpunkt (UT), dann sprechen die Sensoren 1 14b bzw. 1 14c an und geben ein entsprechendes Positionserfassungssignal Xp aus, in Fig. 1 B wiederum als gestrichelte Linie angedeutet. Fig. 2 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild, welches die Wirkungsweise des induktiven Sensors illustriert. Die Sensoren 1 14a, 1 14b und 1 14c, im Folgenden der Einfachheit halber als„Sensor 1 14" bezeichnet, umfassen jeweils eine Sensorspule, die eine Induktivität L und einen ohmschen Spulenwiderstand R_Cu aufweist. Wird ein zu erfassendes Objekt in das von der Spule erzeugte Magnetfeld gebracht, so entstehen in dem Objekt Wirbel- ströme, wodurch in Wärme umgesetzte Leistung verbraucht wird. Das Objekt wirkt also wie ein zugeschalteter Verbraucher, dessen Verbraucherleistung mit zunehmender Nähe immer größer wird. Dies wird im Ersatzschaltbild durch den Widerstand R_Ta parallel zur Spule modelliert. Der Sensor 1 14 wird von einer Sensorsteuerung 200 angesteuert, welche einen variablen Sinusoszillator 202 und eine Auswerteschaltung 204 umfasst. Der Sinusoszillator 202 setzt ein Versorgungsspannungssignal Uv in eine einstellbare Wechselspannung Uac um und speist den Sensor 1 14. Abhängig von der Frequenz dieser Wechselspannung Uac sowie den Materialeigenschaften des zu erfassenden Objekts, auch„Target" genannt, ergeben sich unterschiedlich große Änderungen der Induktivität L und des ohmschen Ersatzwiderstandes R_Ta. Wird als Erfassungsobjekt ein Material mit großen relativen Permeabilitätswerten, z.B. μτ = 200...2000, und geringem elektrischen Leitwert verwendet, dann lässt sich eine große Änderung der Induktivität erzielen. Es handelt sich dann um einen rein oder hauptsächlich induktiv arbeitenden Sensor. Ein Beispiel für ein solches Material ist Ferrit, welches folglich als Werkstoff für den Kolben 102, die Stützscheibe 1 10 oder Teile davon geeignet ist. Ist dagegen der elektrische Leitwert groß und die relative Permeabilität mit μτ ~ 1 relativ gering, dann werden durch das Magnetfeld der Spule hohe Wirbelstromverluste erzeugt, die den Ersatzwiderstand R_Ta ansteigen lassen und sich auf die Güte bzw. Dämpfung des Sensors auswirken. Wird der Sensor als Teil eines frei schwingenden LC-Oszillators betrieben, dann wirkt sich diese Änderung der Güte auf die Schwingamplitude und die Resonanzfrequenz aus. Die elektronische Auswerteschaltung 204 erfasst mindestens eine dieser beiden Größen und erzeugt als Ausgangssignal ein positionsabhängiges Gleichspannungssignal Um, welches eine Information über die Entfernung des Sensors 1 14 vom Erfassungsobjekt, und somit die Entfernung des Kolbens 102 von der Ventilplatte 106 enthält. Dieses Sensorsignal Um wird einer nicht näher dargestellten Regelung zugeführt, die in Abhängigkeit von diesem Sensorsignal Um die Energiezufuhr zu dem nicht näher dargestellten Linearmotor regelt, der die Kolbenstange 1 12 antreibt. Durch eine geeignete Regelung kann einerseits sichergestellt werden, dass der Kolben 102 nicht gegen die Ventilplatte 106 stößt, und andererseits, dass ein den Betriebsbedingungen entsprechender optimaler Wirkungsgrad eingestellt wird. Das Messsignal des Sensors 1 14 wird von Temperaturänderungen beeinflusst. So ändern sich aufgrund von Temperaturänderungen die Spulenwiderstand R_Cu und der Ersatzwiderstand R_Ta, wobei die Änderung des Widerstands R_Ta gegenüber der Änderung des Spulenwiderstands R_Cu vernachlässigbar klein ist. Aufgrund der Änderung von R_Cu ändert sich die Dämpfung des Schwingkreises in Fig. 1 , so dass eine Temperaturerhö- hung beispielsweise als geringere Dämpfung fehlinterpretiert werden und das Messergebnis verfälschen kann.

Um diese Änderungen zu kompensieren, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur des Sensors bestimmt. Hierzu wird der Sensor 1 14 im Wechsel in zwei verschiedenen Sensormodi betrieben. In einem Positionserfassungsmodus wird der Sensor 1 14 derart angesteuert, dass er ein Sensorsignal ausgibt, welches eine Information über die Position des Kolbens enthält, und in einem Temperaturerfassungsmodus wird der Sensor 1 14 derart angesteuert, dass er ein Sensorsignal ausgibt, welches eine Information über die Temperatur des Sensors 1 14 enthält. Da der räumliche Abstand des Sensors 1 14 zum Erfassungsobjekt sehr klein ist, kann hierbei angenommen werden, dass der Temperaturunterschied zwischen den beiden vernachlässigbar gering ist. Die Messung der Temperaturänderung wird deshalb auf die des Spulenwiderstands R_Cu beschränkt. Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Kältegeräts mit einer Sensorsteuerung, die den Ein- fluss von Temperaturänderungen auf das Sensorsignal kompensiert.

Ein Kältegerät 300 umfasst den oben beschriebenen Linearverdichter 100, eine elektroni- sehe Bedienanzeige- und Prozesssteuerung 302 sowie eine elektronische Linearverdichtersteuerung 304. Die Bedienanzeige- und Prozesssteuerung 302 ist mit einer Netzversorgung 306 verbunden und stellt, ggf. abhängig von der Bedienung und des momentanen Zustands des Kühlgeräts, der Linearverdichtersteuerung 304 eine Versorgungsspannung bereit. Der Linearverdichter 100 verdichtet ein über eine Einlassleitung 308 einge- führtes Kältemittel und führt das verdichtet Kältemittel über eine Kältemitteldruckleitung 310 ab. Dabei wird der Kolben 102 von einem Linearmotor 312 angetrieben, und die Kolbenbewegung von mindestens einem induktiven Sensor 1 14 erfasst.

Die Linearverdichtersteuerung 304 umfasst eine Sensorsteuerung 200 zur Steuerung des induktiven Sensors 1 14, eine Motorsteuerung 316 zur Steuerung des Linearmotors 312, sowie eine Spannungsversorgung 318. Die Spannungsversorgung 318 versorgt die Motorsteuerung 316 und die Sensorsteuerung 200 mit den erforderlichen Betriebsspannungen. Die Sensorsteuerung 200 umfasst einen MikroController 320, eine erste Sensorversorgung 322 für die Positionserfassung, eine zweite Sensorversorgung 324 für die Tem- peraturerfassung, einen Umschalter 326, eine analoge Auswerteschaltung 328 für die Positionserfassung, und eine analoge Auswerteschaltung 330 für die Temperaturerfassung. Der MikroController 320 umfasst zwei Analog-Digital-Wandler 3201 , 3202 sowie einen Zähler 3203. Die erste Sensorversorgung 322 entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 2 dargestellten Sinus-Oszillator 202, oder kann diesen umfassen. Die analoge Aus- werteschaltung 328 entspricht im Wesentlichen der in Fig. 2 dargestellten Auswerteschaltung 204, oder kann diese umfassen.

Der Linearverdichter 100 ist von außen über einen gasdichten Stecker 340 mittels elektrischen Leitungen 342 mit der Linearverdichtersteuerung 304 verbunden.

Die erste und die zweite Sensorversorgung 322 und 324 sind jeweils mit der Spannungsversorgung 304 verbunden und stellen jeweils ein Spannungssignal für die Positionserfassung und die Temperaturerfassung bereit. Diese zwei Spannungssignale werden dem Umschalter 326 zugeführt, welcher als bidirektionaler elektronischer Umschalter ausgeführt ist. Der Umschalter 326 empfängt ein Steuersignal, welches vom Zähler 3203 des Mikrocontrollers 320 ausgegeben wird, und schaltet in Abhängigkeit von diesem Steuersignal zwischen dem Spannungssignal für die Positionserfassung und dem Spannungssignal für die Temperaturerfassung um. Der Umschalter 326 leitet das entsprechende Signal über die Leitungen 342 an den Sensor 1 14.

Der Umschalter 326 schaltet weiterhin das Ausgangssignal des Sensors 1 14 im Positi- onserfassungsmodus auf die analoge Auswerteschaltung 328 für die Positionserfassung, und im Temperaturerfassungsmodus auf die analoge Auswerteschaltung 330 für die Temperaturerfassung.

Die analoge Auswerteschaltung 328 für die Positionserfassung filtert das Sensorausgangssignal und gibt ein analoges Signal aus, welches eine Information über die Position des Kolbens umfasst, und z.B. zumindest bereichsweise proportional zum Abstand des Kolbens von der Ventilplatte ist. Dieses analoge Positionssignal gibt die Auswerteschaltung 328 an den A/D-Wandler 3201 des Mikrocontrollers 320, der dieses Signal in ein digitales Positionssignal umwandelt. Der Mikrocontroller 320 zieht dieses digitale Positionssignal zur Regelung des Linearverdichters 100 heran. Die analoge Auswerteschaltung 330 für die Temperaturerfassung filtert das Sensorausgangssignal und gibt ein analoges Signal aus, welches eine Information über die Temperatur des Sensors umfasst, und z.B. zumindest bereichsweise proportional zur Temperatur des Sensors ist. Dieses analoge Positionssignal gibt die Auswerteschaltung 330 an den A/D-Wandler 3201 des Mikrocontrollers 320, der dieses Signal in ein digitales Tempe- ratursignal umwandelt. Der Mikrocontroller 320 zieht dieses digitale Temperatursignal heran, um die durch Temperaturänderungen bedingte Verfälschung des Positionssignals zu kompensieren. Dies wird im Folgenden näher erläutert.

Die Erfassung der Sensortemperatur erfolgt anhand der Änderung des ohmschen Wider- Standes R_Cu der Spulenwicklung des Sensors 1 14. Die Temperaturänderung ΔΤ gegenüber 20°C ergibt sich dabei gemäß der folgenden Gleichung zu:

Hierbei bezeichnet a_20 den Temperaturbeiwert für 20°C und R_Cu20 den Widerstand der Sensorspule bei 20°C. Auf der rechten Seite der obigen Gleichung sind alle Werte außer R_Cu konstant, so dass aus dem Wert von R_Cu auf die Temperaturänderung ge- schlössen werden kann. Als Messprinzip der Temperaturerfassung wird also eine Messung des Widerstandes R_Cu der Sensorspule durchgeführt.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung zur Temperaturerfassung, und entspricht einem Ausschnitt aus Fig. 3. Diese Anordnung umfasst die Spannungsversorgung 318, die Sensorversorgung 324 für die Temperaturerfassung, die Auswerteschaltung 330 für die Temperaturerfassung, und den Sensor 1 14. In der in Fig. 4 gezeigten Anordnung befindet sich die Steuerung im Temperaturerfassungsmodus, so dass der in Fig. 4 nicht dargestellte Umschalter 326 den Sensor 1 14 mit dem Ausgangssignal der Sensorversorgung 324 zur Temperaturerfassung speist.

Die Spannungsversorgung 318 speist ein Gleichstromsignal oder ein Wechselstromsignal niedriger Frequenz in die Sensorversorgung 324, welche in der dargestellten Ausführungsform aus einem Präzisionswiderstand 325 mit vernachlässigbarem Temperaturgang besteht, z.B. einem Manganin-Widerstand. Der Sensor 1 14 wird also über einen Span- nungsteiler gespeist, wobei die Spannung am Knoten zwischen dem Widerstand 325 und dem Sensor 1 14 der Auswerteschaltung 330, und wie oben beschrieben über den A/D- Wandler 3202 dem MikroController 320 zugeführt wird.

Anhand des so ermittelten digitalen Temperaturdifferenzsignals kann der Mikrocontroller 320 auf die gegenwärtige Temperatur des Sensors schließen, und den Einfluss eventueller Temperaturänderungen auf das Positionserfassungssignal kompensieren. Die Temperaturkompensation des erfassten Positionswertes kann durch eine entsprechende Rechenoperation im Mikrocontroller 320 ausgeführt werden. In dem vorliegenden Beispiel kann die ermittelte Temperaturänderung als Faktor mit der während des Positionserfas- sungsmodus ermittelten Dämpfung multipliziert werden. Dabei kann dieser Faktor vorzugsweise auf die temperaturbedingten Änderungen der Empfindlichkeit des Sensors 1 14 und des vom Sensor 1 14 erfassten Erfassungsobjekts abgestimmt werden. Wie oben beschrieben wird der Sensor 1 14 im Wechsel im Positionserfassungsmodus und im Temperaturerfassungsmodus betrieben. Das Umschalten zwischen Positionserfassungsmodus und Temperaturerfassungsmodus kann dabei zu vorgegebenen Zeiten erfolgen. Beispielweise kann auf den Positionserfassungsmodus geschaltet werden, wenn der Kolben sich auf 10% oder 20% des Kolbenhubs einem seiner Totpunkte genähert hat und bei einer entsprechenden Entfernung vom Totpunkt wieder auf den Temperaturerfassungsmodus geschaltet werden. Es ergibt sich somit die in Fig. 1 B dargestellte Situation, in welcher die Hubstrecke 140 unterteilt ist in Bereiche 150 für die Positionserfassung sowie einen dazwischen liegenden Bereich 160 für die Temperaturerfassung. Die für das Umschalten benötigten Zeiten können dabei wie folgt gewonnen werden.

Fig. 5 illustriert die Kolbenbewegung während des Anschwingvorgangs des Linearverdichters 100. Hierbei ist der Kolbenverfahrweg a als Funktion der Zeit t dargestellt, also a = f(t). Das Anschwingen des Linearverdichters 100 erfolgt aus der Ruhelage 400 aus, wobei der Hub, also die Strecke zwischen dem oberen Totpunkt 402 und dem unteren Totpunkt 404 kontinuierlich durch eine gesteuerte Zunahme der Spannungs- bzw. Stromzeitflächen der Energieeinspeisung in den Linearmotor vergrößert wird. Wie in Fig. 5 erkennbar, erfolgt eine Annäherung an den Anschlag 410 erst, wenn der Kolben sich für einen bestimmten Mindestzeitraum nach einem Totpunkt in eine Richtung bewegt hat. Die Zeit- punkte, in dem sich der Kolben in einem Totpunkt befindet sind aus dem Steuersignal zum Ansteuern des Linearmotors bekannt. Im eingeschwungenen Zustand bewegt sich der Kolben 102 mit einem maximalen Hub 440. Der Zeitzyklus der Kolbenbewegung kann also unterteilt werden in eine Temperaturmessphase 450 und zwei diese begrenzende Positionsmessphasen 460, wie in Fig. 4 dargestellt. Die hierfür zur Verfügung stehende Gesamt-Messzeit ist hierbei durch die halbe Periodendauer eines Kompressions-

Expansions-Zykluses vorgegeben. Für einen Linearverdichter für Haushaltskühlgeräte liegt diese Zeit bei ca. 10 ms. Bei der Festlegung der Schaltzeiten sollten die Einschwingzeiten der Schaltungsteile zur Messauswertung berücksichtigt werden. Es ergibt sich somit eine Positionserfassung mit zeitlich eingelagerter Temperaturerfassung.

Beispielsweise kann beim Durchlauf durch einen Totpunkt der Zähler 3203 initialisiert werden, und wenn der Zähler 3203 eine bestimmte Zeitdauer hochgezählt hat, kann vom Positionserfassungsmodus auf den Temperaturerfassungsmodus geschaltet werden. Das Umschalten vom Temperaturerfassungsmodus in den Positionserfassungsmodus kann nach einem weiteren vom Zähler 3203 gezählten Zeitdintervall erfolgen. Alternativ dazu kann das Umschalten vom Temperaturerfassungsmodus in den Positionserfassungsmodus jedoch auch nach einer Temperaturerfassung erfolgen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist es also ausreichend, wenn erst ab einer bestimmten Hublänge bzw. einer dieser Hub- länge entsprechenden Wegzeit in den Positionserfassungsmodus geschaltet wird.

Ferner ist es auch möglich, in Abhängigkeit vom momentanen Positionssignal vom Positionserfassungsmodus in den Temperaturerfassungsmodus umzuschalten. Beispielsweise kann im Positionserfassungsmodus die Position des Kolbens 102 mit dem Mikrocontroller 323 überwacht werden, und nach Durchlauf des Kolben 102 durch einen Totpunkt kann das Positionssignal ständig mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen werden. Bei Erreichen dieses Referenzwerts wird vom Positionserfassungsmodus in den Temperaturerfassungsmodus umgeschaltet. Das Zurückschalten in den Positionserfassungsmodus kann wiederum beispielweise nach erfolgreicher Temperaturmessung erfolgen.

Da ein Hubzyklus des Kolbens nur wenige Millisekunden beträgt, Temperaturänderungen i.d.R. jedoch nur nach längeren Zeiträumen auftreten, ist es ausreichend, wenn beispielsweise nur alle 10 Sekunden in den Temperaturerfassungsmodus geschaltet wird. Die oben beschriebene Kompensationsschaltung zur Kompensation der Temperatureinflüsse hat den Vorteil, dass ein Erfassen der Kolbenposition sowie der Sensortemperatur mit nur einer Sensorspule bzw. mit nur einem Sensor möglich ist. Somit können nicht nur die Anzahl der Bauteile und dadurch die Kosten reduziert werden, sondern es ist auch möglich, die Anzahl der Kontakte und der Leitungen zum Anschluss des Linearverdichters 100 an die Steuerung 304 zu verringern. Insbesondere kann die Anzahl der Steckerpins am gasdichten Stecker 340 reduziert werden. Ferner ist durch die Verwendung der Sensorspule sowohl als Positionssensor als auch als Temperatursensor keine Anpassung nötig, wie das bei einem separaten Temperatursensor erforderlich wäre. Damit ist ein Gleichlauf der Temperaturkompensation mit der Positionserfassung möglich.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausgestaltung einer Kompensationsschaltung zur Kompensation von Temperatureinflüssen. Hierbei umfasst die Sensorsteuerung 600 eine Sensorversorgung 602 zur Positions- und Temperaturerfassung, eine analoge Auswerteschaltung 604 zur Positions- und Temperaturerfassung, sowie einen Mikrocont- roller 610. Der MikroController 610 umfasst, unter anderem, zwei Analog-Digital-Wandler 6101 , 6102 und einen Zähler 6103. Soweit nichts anderes angegeben, entsprechen Anordnung und Funktionsweise der dargestellten Schaltungselemente der Anordnung und Funktionsweise der entsprechenden Schaltungselemente in Fig. 2.

Die Sensorversorgung 602 ist mit einer Spannungsversorgung 318 verbunden, welche eine Gleichspannung für die Temperaturmessung und eine Wechselspannung für die Positionsmessung bereitstellt. Außerdem ist die Sensorversorgung 602 mit dem Zähler 6103 des MikroControllers 610 verbunden. Abhängig vom Steuersignal des Zählers 610 schaltet die Sensorversorgung 602 im Positionserfassungsmodus die Wechselspannung auf den Sensor 1 14, welcher somit an die Auswerteschaltung 604 ein Signal ausgibt, welches eine Information über die Position des Kolbens 102 enthält. Im Temperaturerfassungsmodus schaltet die Sensorversorgung 602 die Gleichspannung auf den Sensor 1 14, welcher somit an die Auswerteschaltung 604 ein Signal ausgibt, welches eine Information über die Temperatur des Sensors 1 14 enthält. Das Steuersignal vom Zähler 6103 wird auch der Auswerteschaltung 604 zugeführt, welche somit ebenfalls zwischen dem Positionserfassungsmodus und dem Temperaturerfassungsmodus umgeschaltet wird. Das Umschalten zwischen diesen beiden Modi kann bei der Auswerteschaltung 604 beispielsweise darin bestehen, dass die Signalverstärkung der Auswerteschaltung 604 umgeschaltet bzw. ver- ändert wird.

Bei dieser Ausgestaltung der Kompensationsschaltung werden die Sensorversorgung 602 und die Auswerteschaltung 604 sowohl während dem Positionserfassungsmodus also auch während des Temperaturerfassungsmodus genutzt, so dass sich eine weitere Ver- einfachung der Anordnung ergibt.

Zusätzlich kann in der Temperaturmessphase die Versorgungsgleichspannung über den Analog-Digital-Wandler 6102 direkt in den MikroController 610 als Referenzspannung eingespeist werden. Werden der Temperatur-Messwert oder auch der Positions-Messwert durch rechnerischen Bezug auf diese Referenzspannung ermittelt, dann sind die ermittelten Werte unabhängig von Fehlern der Versorgungsspannung. Es ist weiterhin möglich, das vom Sensor 1 14, z.B. als Teil des mit dem Widerstand 325 gebildeten Spannungsteilers, ausgegebene Sensorsignal direkt an einen Digital-Wandler- Eingang des Mikrocontrollers 610 zu schalten. Somit werden Fehler aufgrund anderer Bauelemente vermieden.

Bezugszeichenliste

100 Linearverdichter

102 Kolben

104 Laufbuchse

106 Ventilplatte

108 Kolbenraum

1 10 Stützscheibe

1 12 Kolbenraum

1 14, 1 14a, 1 14b, 1 14c Sensor

200 Sensorsteuerung

202 Sinusoszillator

204 Auswerteschaltung

300 Kältegerät

302 Bedienanzeige- und Prozesssteuerung

304 Linearverdichtersteuerung

306 Netzversorgung

308 Einlassleitung

310 Kältemitteldruckleitung

312 Linearmotor

316 Motorsteuerung

318 Spannungsversorgung

320 MikroController

322 Sensorversorgung für die Positionserfassung

324 Sensorversorgung für die Temperaturerfassung

326 Umschalter

328 Auswerteschaltung für die Positionserfassung

330 Auswerteschaltung für die Temperaturerfassung

3201 , 3202 Analog-Digital-Wandler

3203 Zähler

340 gasdichter Stecker

342 Leitungen

400 Ruhelage

402 oberer Totpunkt 404 unterer Totpunkt

410 Anschlag

440 maximaler Hub

450 Temperaturmessphase

460 Positionsmessphase

600 Sensorsteuerung

602 Sensorversorgung

604 Au swertesch a Itu n g

610 MikroController

6101 , 6102 Analog-Digital-Wandler 6103 Zähler

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Linearverdichter, aufweisend:

einen in einer Laufbuchse (104) bewegbaren Kolben (102);

einen induktiven Sensor (1 14) zur Erzeugung eines Positionserfassungssignals (Xp), das eine Information über die Position des Kolbens (102) in der Laufbuchse (104) enthält; gekennzeichnet durch:

eine Sensorsteuerung (200), die ausgebildet ist, den Sensor (1 14) zwischen einem Positionserfassungsmodus, in welchem der Sensor (1 14) das Positionserfassungs- signal (Xp) ausgibt, und einem Temperaturerfassungsmodus, in welchem der Sensor (1 14) ein Temperaturerfassungssignal ausgibt, das eine Information über die Temperatur des Sensors (1 14) enthält, umzuschalten.

Linearverdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsteuerung (200) Folgendes aufweist:

eine erste Sensorversorgung (322) zur Erzeugung einer Wechselspannung mit einer ersten Frequenz; und

eine zweite Sensorversorgung (324) zur Erzeugung einer eine Gleichspannung oder einer Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist;

wobei die Sensorsteuerung (200) den Sensor (1 14) im Positionserfassungsmodus mit der Wechselspannung der ersten Frequenz und im Temperaturerfassungsmodus mit der Gleichspannung oder der Wechselspannung der zweiten Frequenz speist.

Linearverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsteuerung (200) ferner einen elektronischen Umschalter (326) aufweist, der den Sensor (1 14) wahlweise mit der ersten und der zweiten Sensorversorgung (322, 324) verbindet.

Linearverdichter nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsteuerung (200) einen Zähler (3203) aufweist, welcher ein Zeitintervall er- fasst nachdem der Kolben (102) einen Totpunkt durchlaufen hat, und die Sen- sorsteuerung (200) in den Positionserfassungsmodus oder den Temperaturerfassungsmodus schaltet, wenn das vom Zähler erfasste Zeitintervall ein vorbestimmtes Referenzzeitintervall erreicht hat.

Linearverdichter nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsteuerung (200) unmittelbar nach einer Temperaturmessung vom Temperaturerfassungsmodus in den Positionserfassungsmodus schaltet.

Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, mit dem Linearverdichter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Verdichten eines Kältemittels.

Verfahren zum Betreiben eines Linearverdichters, wobei der Linearverdichter einen induktiven Sensor (1 14) und einen in einer Laufbuchse (104) bewegbaren Kolben (102) aufweist, wobei das Verfahren aufweist:

Betreiben des Sensors (1 14) in einem Positionserfassungsmodus, in welchem der Sensor (1 14) ein Positionserfassungssignal (Xp) ausgibt, das eine Information über die Position des Kolbens (102) in der Laufbuchse (104) enthält, und

Betreiben des Sensors (1 14) in einem Temperaturerfassungsmodus, in welchem der Sensor (1 14) ein Temperaturerfassungssignal ausgibt, das eine Information über die Temperatur des Sensors enthält.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

der Sensor (1 14) im Positionserfassungsmodus mit einer Wechselspannung mit einer ersten Frequenz angesteuert wird; und

der Sensor (1 14) im Temperaturerfassungsmodus mit einer Gleichspannung oder mit einer Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist, angesteuert wird.

Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst:

Erfassen eines Zeitintervalls nachdem der Kolben (102) einen Totpunkt durchlaufen hat, und

Vergleichen des erfassten Zeitintervalls mit einem vorbestimmten Referenzzeitintervall, wobei zwischen dem Positionserfassungsmodus und dem Temperaturerfassungsmodus umgeschaltet wird, wenn das erfasste Zeitintervall ein vorbestimmtes Referenzzeitintervall überschritten hat.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten vom Temperaturerfassungsmodus in den Positionserfassungsmodus unmittelbar nach einer Temperaturmessung erfolgt.